鉛直力を受ける群杭の水平挙動に関する模型実験

【諭 　 文

1

UDG ：624

．

IM ：624

．

131

．

524

．

4 日本 建 築 学 会 構 造 系 論 文 報 告集 第 394 号

・

昭 和 63 年 LZ 月

鉛

直力

を

受

け

る

_群杭

の

_水

_{平 挙}

_動

に

_関

す

る

模

型

実

験

正 会 員 正 会 員 正 会 員 冨

山

染

永

本

川

晃

春

常

司

＊

行

＊＊

一

_{＊ ＊}＊ 　

1．

序 　建築構造 物 下の杭 基 礎は_， 複 数 本の杭で構 成さ れ た群 杭 が

一

般であり， 外 力とし ては上 部 構 造か らの水 平 力

，

モ

ー

メ ン トな らびに鉛 直 力とい っ た複 合 的な荷重を受け る

。

こ の よ う な複 合 力が作 用す る下で

，

現実の群 杭 基 礎 は杭 頭がフ

ー

チング等で

一

体 的に 固 め ら れ， そ れ に 取 り 付く地 中 ばり等で回転が拘 束され た状 態で挙 動する

。

し か し その挙 動 性 状は_， 人 工の構 造 材 料と自然の地 盤材料 との_相互の挙 動 特 性， な ら びに群 杭の構 成 要 因 等に影 響 さ れ

，

複 雑な様 相 を呈 する。 特に

，

本 研 究で対 象と し た 杭

一

地 盤 系の終 局 状 態に至る まで の水平 挙 動特性は複雑 であっ て， 杭 本 数や間 隔 等の構 成 要 因および杭 材 や 地 盤 の_弾性か ら弾 塑 性 さらに極 限状 態に至る非 線 形 特 性な ど に相乗 的に影響 を受ける

。

ま た

，

上 述の鉛 直 力が作 用 す る条件は， 杭材の非線 形特性に影 響 を 与えると 共に， 水 平変形の増 大に伴っ た付 加 曲 げ も生 じ さ せ

，

杭の水 平 挙 動 に与え る その影 響は無 視で き ない場 合がある と思わ れ る

。

　以 上 述べ たよ うに現 実に は か なり の複 雑さ を含む問題 で はあるが

，

杭

一

地盤系の もつ _{終 局 水 平耐}力

，

_{そ し}てそ の 状 態に至る までの _{水 平 挙 動 性 状}を明らか にする こと は

，

基礎構造の分 野 に お け る重 要な課 題の

一

つ となっ て いる

。

　

一

方これ らの_現実に_対して_{， 群 杭}の_水平抵 抗 挙 動に関 す る既往の実験的研究につ いて見れ ば， 実 大 杭 を用い た 日本建 築学 会地 震 時 杭委員会1） ， 山 肩ら 2 ｝ ， および古 藤 田 ら3，_{な どの実 験が報告さ れ て お り}

_，

_{さ ら}に_模型 杭 を対 象 と した

Davisson

ら4；

_，

_{樋口 ら}5）

_，

_{玉 置ら}6）

_，

_{お よび 冨} 永ら7）な どの実 験 報告が あ る。 ま た

，

杭 基 礎の設置状態 を現 実 的なもの に近づ ける ために

，

フ

ー

チン グの_{回 転}を 拘 束し

，

鉛直方 向の移動を自由に し た 石井らB｝_の 模 型 実 験

，

あ るいは大型土槽を用 いてフ

ー

チングの根入に よる 抵 抗も考慮 した_{木 村}ら9 ｝の模 型 実 験が見ら れ る

。

し か し こ れ らの研 究で は

，

いずれ も外 力を水 平 力に限っ て おり

，

本 論 文は既 発 表の文ma　_{14 ）}

−

_{17 ） を骨 子 とし}てまとめたもの である

。

　拿_{広島 大学 　助 教 授}

・

_工博 紳 _{広 島 大学 　 助 手}

・

_工博 t＊1 （株 ｝武 智工務 所

・

工 修 　 　（昭 和63年 6月6日 原 稿 受 理） 　ま た その ほとん どは杭 体応 力が弾性限内にあ ることを前 提と したもの である

。

すなわ ち

，

終 局 状態 あ るいは そこ 　に至る水 平 挙 動 性 状に支 配 的な要 因を考 慮し

，

よ り現 実 　に則し た条 件の下で実 施さ れ た実 験 的 研 究は皆 無である 　とい え る

。

　　こ のよ うな背 景のもと に

，

筆 者ら はフ

ー

チングの 回転 　を拘束すると共に

，

鉛直力と水 平 力を 同時に与えること 　が可能 な地 盤 移 動 型の模 型 実 験 装置を開発

・

製 作した

。

　本論文は同実験 装 置 を用い て，

一

_{定の鉛 直 力 を作 用 させ} 　た状 態で

，

群 杭 基 礎 と実 験 地 盤 との間に相 対 的な水 平 変 　位を与え る方 式で

，

群 杭 中の各 杭 体が弾 性 限 界を超え

，

　弾塑 性 状 態か ら極 限 状 態に至るまでの水 平 挙 動 性 状 を把 　え た実験結果 を報告す る

。

　 　

2，

実 験 概要 　　本 実 験で用いた実験土槽は， 図

一1

お よび図

一

一2

に示 　す ご と くであっ て

，

台車付き鋼製ケ

ー

ス （実 験 土 槽 ：高 　さ

1．

lm 、

幅

1．

Om ，

お よび奥行 1

．

5m ）が 2本の レ

ー

一

　ル上 を走 行で き る機構と なっ てい る

。

こ の実 験 土 槽 中に 　アル ミニ ウム円 管の模 型 杭 を建 込み

，

実 験 を行っ た。 以 　下に本 実 験の概 要を示す

。

　 　2

．

1 実 験 地 盤 　　実 験に用いた砂は

，

広島県 下の太田川で_採取 さ れ た川 　砂で あ り

，

水 洗い しr4がら

2mm

目の フル イ を通 過させ

，

　かつ

0．25mm

_{目の フ ル} イに_残留し たもの を天日乾燥さ 　せ た もの であ る。 この砂の諸元 お よ び粒径分布死， そ れ 　ぞれ表

一

1な らびに図

一3

に示す

。

　　実 験 土 槽 中に作 製 する地 盤は均質で

，

かつ_{実 験}の_繰り 　 返しにおいて常に同等の性 質 を 有 する必 要がある。 この 　目 的に沿うよ うに

，

サン ドレイナ

ー

法］°｝_{を用い て実 験 地} 　 盤 を作 製 し た

。

サン ドレイナ

ー

は

，

図

一

4に示す ご と く 　ホッ パ

ー

（高さ55cm

，

上奥 行 41　cm

，

_{下 奥 行}

20

　cm _， 　幅IOO　cm _）と 三層の鋼 製 網お よ び変速モ

ー

タ

ー

か ら成っ 　てい る。 このサン ドレイナ

ー

装 置は， 変速モ

ー

タ

ー

によ 　り自走す る機 構と なっ てお り

，

開口部か ら

一

定 量の砂 を 　 落 下さ せ ることがで きる

。

　　上記の方 法で実 験 地 盤を作 製する に当た り_，

一

一

rc

的な 　 実 大 杭 との相 似 性か ら模 型 杭に対 応 する地 盤の相 対 剛 性 ゜ に関して

，

以 下の よ うな検 討を加えてみ た

。

一

₁₃₀

一

（自走 式サン ド レ イ ナ

ー

_） （  ）

「

」

レ

ー

ノレ　

．

o 反 力7 レ

ー

ム o 車輪 実験土 層 3且OO 　 　 　 　 連 結俸 　 　 　 　変 速モ

ー

タ

．

一

　 　 　 　ス ク リ

ュー

　 　 　 ジャ v キ

　　　

゜

　 　 コ

』

ロー

ド セル 　 　 　 　600 一

一

一一＿＿一一一

4。40

− 一一一一一一一一＿ ＿

一

二

＿

∴ 　 　 　 図

一

1 _実験 装 置 概 観 図 戯荷方向 表

一

1　 使 用し た砂の諸 元 均 略 係 歟　 u62

，

83 比　 　哩　o

，

2

，

593 霞 小 留 屋　ρ d

＿

i

．

305 〔5r ノ

．

・

3｝ 最 六 密 屋 　P

・

凾

」

．

L

，

632 匸

‘

r

！

G・

り 醵　 　壇 太　日　 川

匚

1

’

lj

、

：

｝

剛

ユ

4

舞 　」 一

＿

1d

／

fH

）

＿

＿

＿

一

．

」 図

一4

　 自走 式 サン _ドレイナ

ー

図

一

2　実 験 土 槽 断 面 図 1oo

l

、．

1

：

：

1

・

　 o

．

1 　 o

．

！

　 　　 　　 　 　a4　 　 　 o

．

e　o

．

e　 　 　 　 　 粒 　 径Cmm） 図

一

3 粒 径 加積 曲 線 2 　 模型杭と して次 節に示す直 径 20mm の アル ミ＝ _ウム 管 （肉 厚 1mm ）を用い

，

原 型 杭と し て直 径 500　mm の 鋼 管 杭 （肉 厚 12mm ） を 想 定 する。

．

、

また

，

杭の水 平 挙 動は弾 性 支 承ば りの方 程

式

に支 配さ れ る と仮 定 する。 な お

，．

以 下の各 物 理 量の記 号に付 し た m お よ び p の添字 は_， それぞれ模 型お よ び原 型 を 意 味 するもの で ある。 　 以 上の仮 定に基づ け ば

，

原 型 杭では次式が成 立 する

。

　

　

　

剛

藷

瞬

駒一 _・

・

…一 ………・

・

一

（1 ）

一

₁₃₁

一

表

一

2　 模 型と原 型との相 似 比 匹位 繍壑1ロ1 箪型IP， 帽俶 廷【

叩

’P ， 槙 霞3D

艪

2

．

0 駒

．

01 価 帆体 曲 げ嗣歴

冨

E1L5r

・

ロ

瞿

L

．

89K10

，

且

．

15XI囗L

■

_{11 〔6}

、

₀₈

罵

_{IO り} 畝体 朗 壇 位

：

7c

■

↓o25 』 レ25 陳 さ

：

属

o

餔

　 　 　 　 　1

．

o 跖

．

o レ25 　こ こ に

，

EI ；杭 体の曲 げ剛 性 （

kgf・

cm2 ） 　 　 　　 　 y ：杭 体の変 位 （cm ＞

，

　X ：深さ （cm ） 　 　 　　

Es

：_{地 盤}の弾 性 係 数 （

kgf

／cm2 _） ここで， （

1

）式 中の 地盤の弾 性 係 数を除く各 物 理 量に 関して

，

杭 体の 曲 げ剛性に つ いて は鋼 管杭の 公称値と次 節に示す模型杭体の_{要素試 験結果}を参照 し

，

ま た長さに 関す る基本量 を杭径にとれば， そ れ ぞ れの相 似比は表

一

2の ごとく表され る

。

し た がっ て， 表

一

_{2の相似 比を介} すれ ば_{， （1 ）}式は_模型杭の_各物理 量 を もっ て表示でき

，

次 式の よ う に な る

。

ただし

，

地 盤の弾性係 数に関す る相 似比は未知であるの で

，

1／α （

＝

模型／原型 ）と おいた。

　

　

　

38・

9

（・・）

艦

・ ・5・

E

。。

’

Ym−

・

一 一 …

（・） 　 杭

一

地盤 系に おい て

，

模 型と原 型の聞に相 似 則 を満 足 さ せ る た めには （2 ）式の _各項の_係数を等しく

，

す な わ ちこ の場 合で は_， 25α

・

＝38

．

9の 関 係 を 成 立 さ せ な け れ ば な ら ない

。

言い か え れば， 模型 地 盤の弾 性係 数

Esm

は原 型 地 盤の Esp に対 し て

，

　O

．

64倍の値 を もつ必 要が ある

。

　

一

方

，

原型 地 盤 と して緩く堆 積 し た沖 積 砂 層 （

N

値 が 1

〜2

程 度 ）を想 定 すれ ば

，E

。ρ は文 献 u ｝_{で 提 案さ れ} て い る

N

値との関 係 式 （

Es

≒

16Nkgf

／cm2 _）か ら

，

約 ユ6

−

32kgf／cm2 と評 価さ れ よ う

。

し た がっ て

，

模型 地 盤の

ESVL

として は

，

約 10

〜20

　

kgf

_／cm2 _{を 見 込}む必 要が あ る。 　 以上の _検討結 果に対 し て

，

相 対 密 度 D。が約 90％ の 模 型地盤に お け る平板載 荷 試 験 （直径 10cm の 円形 鋼 板を使用；例えば文献14）を参照さ れ たい_）か ら

，Esm

が 約 15kgf／cm2 と な るこ と がわ か っ た

。

な お， 緩 く堆 積 した原 型 地 盤の

E

_{。 ρ 〔}≒16

〜

32kgf／cmZ _）よ り小さ な

E

。m （≒15kgf／cmZ ＞ を もつ 模 型 地 盤 として

，

　

D

．が 90 ％といっ た か な り密な地 盤 を必 要と す る の は

，

模 型と 原 型の E。値の評 価 法 （測 定法〉に違いが ある た めと考 え ら れ る。 すな わ ち

，

模 型 地 盤は平 板 載 荷 試 験で評 価 し た の に対し て

，

原 型 地 盤で_適用し た文 献ll）_{の提 案 式は}

_，

ボ

ー

リング孔 内の プレ シオメ

ー

タ

ー

試 験に基づい て い る た め である。 こ の ように評 価 法の異な るもの を適 用し て 原 型 と模型の相似性を考え る の は基 本 的に は矛盾を含ん で い るが， 現 在の ところほ か に適 切な方 法が見い だせ な 表

一

3　実験 地 盤の特 性 値 塹

ff

重 方向e

＝

＞

O

　 　 　 　1 　 　_H 7

一

チング →

・

10BG

．

1065 Ccm） 鵬 釜 乳。 瓰 5・ 黔 臥・ 5。 駟 釦 … toρ 15

．

o 20P 4本 群 伉　 　tDl 輸 向

一

＞

99r

・ 　 　 　 皿 12β （cm 〕 単杭ま た は1

，

2 杭 　 　 フ

ー

チング H

一

レ （1，単杭お よ び4本 群 杭 巳

5

： a5

一

Ol

一

G9

一

o噛1

一

Ol3

一

015

一

elT

一

：

3

三

一

as

一

　

〇

6

一

〇10

一

〇12

一

●1A

一

刷6

一

〇

18 53 釜   1ao10Dloe ・道

晶

  、 荷 重 方向⇒       “ 　 　 　　 　       　 皿 　 　 7

一

チング H

−

》 la8G ⊥ 20D　　 　　106」 35

．

O 125 （cm ）　〔cm ⊃ 駆 2025 隠 葡 505050 鼬 50 2en 35n 1Z5 〔cm ） 　3

_，

4杭 　 　 　1

_、

3

_，

4

_，

6俘‘ 　 　 　 　（2 ｝9 本群 杭 図

一

5　模型杭のひずみゲ

ー

ジ配 置 図 H→

卜

　 N フ

ー

チ ング 2

_。

5

_，

7

〜

9杭

饕

… lon10 ρ teo 20D 350 125 〔cm ｝

一

₁₃₂

一

い。 した がっ て

，

実 験地盤と して平 板 載 荷 試 験 結 果に基 づ _き

D

_。≒90％の地 盤 を作 製 すること と した

。

　 以 上に示した相 対 密 度

D ．

が約90 ％の地 盤 を安 定し て作 製する こ と の で き る_条件と して_， 予備実験か ら自走 速 度 （約 4

．

　8　m／min _）

，

_{網 目}の幅 （

5mm

）， お よび 開口 幅 （15mm ） を決 定 した

。

こ のように して_作製された実 験 地 盤の諸 特性は_， 表

一

3に示すと お りである

。

な お同 表 中の相 対 密 度は

，

土 槽 内の各 部 （深さ方 向な ら びに水 平 面 内 ）で モ

ー

ル ドを用い て測 定 した相 対 密 度分布 （

88

〜

_{95％）の平 均 値を示し て いる} 。 また内部 摩 擦 角 φは

，

実 験 地 盤と同 様に砂をサン ドレイ ナ

ー

を用い て モ

ー

ル ド 内に落下さ せ た 気乾状態 の試料につ い て

．

三軸圧縮試験 を行っ た結果 （側 圧 は

o．

　

2− o．

　7　

kgf

／cm2 ）よ り得た値 であ る。 　 2

，

2

模型 杭 　模型 杭 に は

，

図

一5

に示 す よ うに曲 げひず み 測定用ス トレ_インゲ

ー

ジ を設 置 し た アル ミニ ウム _管

’

_（外径 20 mm

_，

_{肉 厚}

1mm ，

_長さ

1

　

250

　mm ）を採_用 し た 。 な お本 実 験で測 定 さ れ る 曲 げひず み を 曲 げモ

ー

メ ン トに_変換す る た めに

_，

_杭体の もつ 弾_性か ら弾 塑 性

，

そ して全塑性に 至る ま での曲 げ剛性の_{特 性}を求め る 必要が あ る

。

し た が っ て

，

杭 体の引 張 お よ び 圧縮試 験 を 実 施 し

，

さ らに静 曲 げ試 験 を 行っ て杭 体の もつ 剛 性につ い て検討 を加え る こと とし た。 　結 果とし て

，

前 者の実 験か ら図

一

6に示す応 力

〜

ひず み関 係が

_得

ら れ た。 これ ら の う ち載 荷 時の関 係を

，

同図 中の実 線で示す よ う に8本の折れ線で近 似さ せ

，

模 型杭 の_曲げモ

ー

メ ン ト

M

と曲率x関係を算 定した結果を 図

一

_{7に示 す}

_。

_{た だ し}

_，M

_{の計 算は断 面を杭 軸に平 行}に

1

”

ee

蠶

1

一 誓

柵

 

o 　　 　　

ヨ

　　　　 2 　　 　　

り

　 　　　

う

　　　 　 さ　　　 　 e 　 　　　 7 　　　 　 ゆ　 　　　

　

　 　 　 ひ ず み

ε

　匸X10

’

  　

一

図

一

6　杭材の応 カ

ー

ひずみ関係

1

伽

ぎ

゜

°

1

禰

ま

’

 

D 　

リ

　　　　　

ロ

　　　　　

ヨ

　　　　1 　　　　　　 s 　　　　

ら

　　　　　　e 　 　 　 L＃r　ヰ

．可

tx■σ

：

シtrn♪

一

図

一

7　杭体の曲 げモ

ー

凶ン ト

ー

曲 率 関 係 等 分 割 （100等 分 ）し， 平 面保持の仮 定の基に数 値 積 分 法に より求め た。 こ の図には後者の試 験結果 も併記し た が， 両 者は かな り良い精 度で

一

_{致す ること が 判 明した}

_。

この こ とよ り， 本 実験に おけ る曲げモ

ー

メ ン トは， 計 算 機処 理 上の利 便さ （杭 頭 が 全 塑性モ

ー

メン ト近 く に至っ た後

，

曲 げモ

ー

メ ン トが 除荷過 程 をたどる部分 が存在 す る場合や， 中立 軸の位置が移動する場 合の処理）を も考 慮して_， 本 実 験にお ける ひずみの測 定 値か ら前 者の試 験 に よる応 カ

ー

ひ ずみ の近 似 線に基づ き

，

上 記の 方 法で モ

ー

メ ン トを算 定し た

。

なお_， ひずみが減 少する場 合は

，

図

一

6の除 荷 時の応 力

〜

ひずみ関 係が初 期 弾 性 領 域と ほ ぼ同じ剛性を もつ こと よ り

，

弾 性 時の応 カ

ー

ひずみ関 係 を用いるこ と と し た。 　さ らに

_，

上記の_{試 験 結 果}お よ び計算 法か ら模 型 杭の_弾 性 域で の _曲げ 剛性

El

は

，1．

　

89

　×

．

105

　

kgf・

cmz の値を得 た

。

ま た

，

杭 体の縁応 力 度 が降 伏応 力 （σ y≒700kgf／cm2 ） に達す る時の_曲げモ

ー

メン _{ト （弾 性限曲}げ モ

ー

メン ト 砥 ）は約

189．

O

　

kgf・

cm _であ ること

，

な ら び に全塑性 曲 げモ

ー

メ ン ト

Mu

は約 394

．

6　

kgf・

cm で あ る こ と がわ かっ た。 　2

．

3　実 験 方 法と測 定 事 項 　杭の_建込み お よ び実 験 地盤の_作製は

，

次の と お り であ る。 まず実 験土槽 内の所 定の位 置に鉛直に杭を 配 置 し， 地 盤作製 時の杭の位置 ずれ を防止す る た めに掘れ止め用 鋼製枠で杭頭 部 を固定す る

。

た だ し， 杭 先 端は実 験 土 槽

・

の床 面に置 く の み とし た

。

つ い で

，

前 述し た自走 式サ ン ド レイ ナ

ー

に よ り

一

定 量の砂 （

一

往 復の自 走で 7cm の 層 厚 さになる量 ） を 落 下さ せ

，

全 層 厚さ

1065mm

と な るよ うに造 成し た

。

そ の後

，

固 定ばり

、

に緊 結し た鑼製ス ライ ドベ _アリング シャ フ ト （THK 製ボ

ー

ルス プライン

LBR −

70） と杭 頭 部 を超 速 硬コ ン ク リ

ー

トの フ

ー

チング （高さ20cm ， 幅お よ び奥 行26

−

32　cm ）で

一

_{体 的 に 固} め， 約 24時間養 生し た （圧 縮 強 度

Fc

≒400　kgf〆cmZ ）。 た だ し

，

杭 頭 処 理 とし ては

，

杭 内部ヘ コ ンク リ

ー

トが侵 入 する の を 防ぐ ため粘 土の栓 （杭 天 端より約 2cm の_深 さ まで 〉 を設 けたのみで

，

フ

ー

チン グへ の_{埋 込}み_部の補 強な ど は行っ てい ない こ と を付記して お く

。

　 杭へ の 水平加 力は

，

変速モ

ー

タ

ー

に よ

、

りス ク リュ

ー

ジ ャッキ を稼働させ， 連結棒を介 し て実験 土 槽に等 速 度 変位 （lmm ／min ） を与え る変 位 制 御 方 式で行っ た。 た だし， 9本 群 杭の実 験で は測 定 点の全 数が約 200点に達 した の で_， デ

ー

タ の収 録 時 間 （約40sec）を考 慮し て

，

変位速 度 を

0．

5mm ／min _とした。 な お ， 鉛 直 力

P

とし て は杭

．

1本 当た り約45kgf とな るように

，

フ

ー

チン グ と鋼製スライドベ _{ア リ}ン グシ ャ フ トの固 定 的な重 量の ほ か に

，

鋼板重 垂に よ り荷 重 を調 整 し た （以 後

，

鉛 直 力 有 の_実験と称す）

。

一

方

，

鉛 直 力 を負 荷させ な い実 験 （以 後

，

鉛直力 無の_実験と称す）で は_， コ ン ク リ

ー

トフ

ー

チ ング

一

　

133 一

一

タ ス ン

ン

ウ ラ カ バ

べ

7 ド

，

イ シ ラ

ス

♪

一

ト チ

ノ

ク 鋤飯盈垂 　 　〔鉛 直 力 無 ｝　 　　 　 　 　 （鉛直力 脣 ♪ 図

一

一

8　鉛直力の_載荷方法 表

一

4　実験内容の

一

覧表 固 定 梁 卑 航 4夲 霹 航 9本 蚌腕 杭 闃隅

一

一

一

一

2D3 卩 5DLOD3 口 有 o

　

o

　

一

0 鉛 直 力 価 oQo0oo D

’

腕衝〔2cm ） と鋼 製ス ライ ドベ ア リングシャ フ トの固 定 重 量につ _り合 うカ ウンタ

ー

バ ラ ン スを設 置 して_， 鉛直力が零と な るよ うに した （図

一

8参 照 〉。 　 測 定 事 項は

，

杭 頭フ

ー

チング と実 験 土 槽の相 対 水 平 変 位 （以 後

，

相 対 水 平 変 位と略 記 ）

，

杭 体の 曲げひずみ

，

実 験 土槽の_{回 転 量}

_，

フ

ー

チングの_{鉛 直}な ら び に水 平変位 と 回転量， お よび 連結棒とス ク リュ

ー

ジャ ッキ 間の ロ

ー

ドセル に よ る実 験 土槽の推 進 力な どであ る

。

実施 し た実 験内容の

一

_覧表 を， 表

一

4に示 し て お く

。

　

3．

実 験 結 果 と その考 察 　 実 験 結 果 を考 察する に当た っ て

，

最 も重 要とな る杭

一

地 盤 系の終 局 （

＝

極 限 〉状 態を以 下の よ うに考え

，

規 定 し た

。

　杭

一

地 盤 系の極限状 態 （崩 壊 機 構 ）は_， それ を厳 密に 規定すれ ば_， 群 杭 を構 成するすべ て の杭に おい て_， 杭 頭 部と地 中 部の両方に塑性ヒ ンジ （全 塑性モ

ー

メン ト）が 発生し

，

かつ地 盤も 地表 面か ら地 中 部の塑性ヒ ン ジ位置 ま ですべ て塑 性 化に至っ た状 態で ある

。

し か し_， こ の状 態 を実 験 結 果か ら正 確に判 定 することは困 難であり

，

か つ こ の よ う な状 態を実 験で出 現させ る に は かなり大きな 水平 変 位量 を 必要と し， 本 来の水 平 支 持 力とは異なっ た 状 態 （杭が傾 斜す るに従っ て地 盤 反 力の鉛 直成 分が影 響 し て く る状 態 ） と なることが考えられ る。 した がっ て

，

こ こ で は次の ように定 義した。 後 出の図

一

17で見ら れ る よ うに

，

実 験 結 果は全 杭の杭 頭 部が全 塑 性 状 態 （

Mu

） に至っ た後に

，

t

各 杭の地 中 部 最 大曲げモ

ー

メ ン ト

M

  、 が順 次 Mu に漸 近して い く性 状 を示 す

。

こ の現象を考慮 し， 地 盤の塑性状 態につ い ては無 視 して杭 体の ひずみの 測 定 結 果か ら求ま る応 力の みを対 象と し た

。

そ し て

，

群 杭 中の すべ_ての杭 頭が全 塑 性 状 態に至った後に

，

すべ て の杭の う ち最 後の杭に お け る地 中 部 最 大 曲 げモ

ー

メ ン ト が約

0，

96　

Mu

（≒375　

kgf・

cm ）に達した時 点 を

，

本 実 験 の終局状 態とお く こ と と し た。 す な わ ち

，

実施した全実

一

₁₃₄

一

験 を通 じて

，

曲 げひずみ測 定 用ス トレインゲ

ー

ジ が破 断 し ない範 囲 内で測 定さ れ た各実 験の地 中部 最 大曲げモ

ー

一

メ ン トの うち

，

最 も小さい値が約 0

．

96　Mu であっ た た め

，

こ の値 を終 局 状 態の判 定 基 準と して採 用 した。 　3

．

1 実 験 条 件とそ の精 度 　 連 結 棒とス ク リュ

ー

ジャ ッ キ間の ロ

ー

ドセ ル に よ る 実 験 土槽の推 進 力 （杭 基礎に作 用 する水 平 力）と

，

地盤反 力が作 用し な い地上部の 二断 面 （図

一

5中の

Gl ，

　

G2

と

G5 ，

　

G

　6で

，

断面間距離4

．

5cm ）に お け る曲げモ

ー

メ ン ト差か ら算定し た杭頭水平せ ん断 力 （：

・

：水平抵 抗 力 ） を比較して

，

図

一9

に示 し た

。

な お同 図は， 鉛 直 力 P を 載荷し た単 杭

，

4本 （R

＝

3D ）

，

9本 （R

・

＝

3D ） 群 杭 の_例を 示し ている

。

ま た同 図の杭 頭 水平せ ん断 力は

，

杭

一

_{本 当りの平 均 値 を採 用 してい る} 。 　こ の図よ り， ロ

ー

ドセ ル に よる値に は か なりの バ ラ ツ キ が み ら れ， 車輪と レ

ー

ル間の摩擦お よびレ

ー

ル の不 陸 や砂塵などの _{障害 物}が 影 響して い るこ とが 明らかであ る。 これに対して

，

曲げモ

ー

メ ン

h

差に よ る値は相 対 水 平変位 y。の変化に伴っ て滑ら か な曲線を描いて お り， 実 験 値と し て妥 当な もの である もの と判 断され た。 し た がっ て以 後の考 察で は

，

こ の測 定 値を採 用す る こと と し た。 た だ し

，

鉛 直 力 有の実 験で は測 定 され た曲 げモ

ー

メ ン ト値に鉛 直 力による付 加 曲げ量が含ま れ てい る た め， 杭頭水平せ ん断力は以 下の よ うに_評価す ること と し た

、

，

　図

一10

の_模式図に_示す よ うに_{， 相対水 平変}位 Yeの増 大と共に， フ

ー

チングは鉛直に降下す る。 そ し て ひずみ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 む

（

言 苫 跨 o 工 尺 籖 辺 わ 興 降

_・

側 芽 o 　 o 15 　　 　 　 　 30　　 　 　　 45 　 　　 　 　 　60 　 　 　 yo （mm ｝ 　 図

一

9　ロ

ー

ドセ ル の推 進 力 A  

i

跫

」

15 幽 0

一

9

u

’ 〔初鋤 H

_尉

＾ 8 　　”t；

’

₁

丿三三 

ド

ノ （移 動 後 ） 　 P 　 　 　 　 Ye

◎

鰭

・

綻

奪

・

繁

1

：

：

：

／

図

一

10　傾斜 角 算 定の模 式 図

ゲ

ー

ジの位置は相 対水平変位に伴っ て移動する ため

，

移 動 後の A

厂

と B

〆

断 面にお け るモ

ー

メ ン ト差に は

P ・

αと い う付加 曲げ 量 が含ま れて測定さ れ る。 この 量 は杭体が あ る位置を 中心 と す る 剛体 変 位を して い る と仮 定す れ ば

_，

近似 的に_{傾斜 角} θに よっ て 評 価で き る。 た だ し

，

厳密に は αに

A’

と

B ’

間の曲げ モ

ー

メン トに よ る変形 をも考慮すべきで あ る が

，

モ

ー

メ ン トの_{実測 分布}を基に 算 定し た結 果

，

その 変_形量 は ほ と ん ど無 視でき るもの で あっ た。 す な わ ち

，

まず各 計測ステッ プ間の増 分相対水 平変位量 △y。と増分降 下 量

AS

。を用い て

，

　

tan

（Aθ）；

AS

。／

Ay

。か ら △ θを求める

。

つ ぎ に， 移 動 後の傾 斜 角 を θ

＝

Σ

A

θ と し て， ひずみゲ

ー

_{ジ位 置の水 平 移 動 差 a} ＝

L ・

sin （_θ）を求_{め る}こと と した

。

な お

，

群 杭の 場 合に は_各杭で鉛直 力P の分担する割 合が変 化し_，

一

定とな ら ない ことが考え られ る

。

し か し

，

こ の増 減 量の計 測は 困 難で あっ た ため

，

実 際に載 荷 し た鉛直力

P

の杭

一

本 当た り の平 均 的な値が すべ て の杭に作用 してい る と 仮 定 し た。 　次に フ

ー

チ ングの拘束状態につ い て

，

図

一11

お よび 図

一

12に示すフ

ー

チングの並進 変 位量 お よ び 回 転 量の 例で検 討 する。 な お

，

こ こ に記し たフ

ー

チングの並進変 位 量お よ び回 転 量は

，

そ れ ぞ れ実 験の初期状態 （基準点） か らの移 動 量 を表すもの であっ て

，

これら の値が大き く な るほど

，

フ

ー

チングの拘 束 性が低 下 すること を意 味し て い る

。

図

一．

11 より

，

相 対 水 平 変 位の 増 大に伴っ てあ る程 度の並 進変 位がフ

ー

チングに 生 じてい るが_， すべ て の実 験の_中で

．

水 平 抵 抗 力が最大 と な る9本 群 杭に おいて も最大約

Zmm

で あっ て

，

相対 水平 変位 y。 に対 して も 最大約 10％ に満 た ない もの である ことが わ か っ た

。

し た がっ て， フ

ー

チン グの並 進 変 位 量 をもっ て相 対 水 平 変 位 を補 正す

．

るこ とは行わなか っ た。 さらに図

一

12か ら

，

フ

ー

チン グの水 平 面 内の 回転は生じ て い な い こと が判 明 し た

。

ま た フ

ー

チ ングの載 荷 方 向 鉛 直 面 内の回 転量 は

，

最 大 水 平 抵 抗 力 を示す9本 群 杭におい ても最 大 約1

．

1

×

10

−

2_{ラ ジ ア} ン程 度の小さ な値で ある こと がわ かっ た

。

これ らの_{結 果}よ り，フ

ー

チングの回 転を拘 束 する条 件は

，

・

全実験を 通 じ て ほ ぼ満足 し た もの となっ て い る こと が わ か る

。

なお フ

ー

チン グに若 干の回転が生じ てい る ことの 影 響に関しては

，

文献IZ ）_{に提 案した単 杭の解 析 法を群 杭} に拡 張し て検討し た結 果

，

こ の程 度の回転 量は無 視で き ることが 理 論的に も確認

、

で き て い る。 また以上の フ

ー

チ ン グの並 進 変 位な らびに回転 量は

，

ス ライ ドベ _{ア リ}ング シャ フ トと 軸 受の製 造 上の公 差によ る も の で あ り， 試み に固 定ばり や反 力フ レ

ー

ム の 変位を計 測し た とこ ろ まっ た く変 形は生 じて い な かっ たこ とを付 記して お く

。

　

一

方

，

実 験 土 槽の鉛 直お よ び水 平 面 内の 回転は図

一

12 で見ら れ る よ うに ほと ん ど生じ て いな

．

く

，

実験 土 槽の精 度も高

．

い ことが示さ れ た。 さ らに フ

ー

チングの鉛直変 位 2A O 0 　 　 　 　 5 　 　 　 　 2 　 　 　 　 8 　 　 　 　 4 Z 　 　 　 t 　 　 　 t 　 　 　 O

，

　 　 q

ー

　 言 ε ご コ 涸 無 評 首 置 櫓 羶 鰹 9 鳳 ム ホ ー ト o ρ 　

_…囗

　

_…

I　 　 I 単　 眈

一

一

・

昏

・

・

_{4 本 杭}

唄

｝

・

−

9本 杭

　　 ．

　　．

，

_o

．

「

「

．

」

Or

，

−

一

・

・

−

o

・

・

−

o

　「

「

「

，

．

・

o

「

o

・

・

『

一

・

o

『，

」

」

．

Fプ

『

！

　．

ぴ

．

．

σ

齟

ヴ 戸

_．

心西

凸・

凸

”

△

．

o

．

．

．

な

一

一

氏

．

△

”

『

齟

△

一

．

・

．

△

”

．

．

、

ム

．

『

一

．

・

△

・

・

ム

．

→

！

φ す穿 ム 三卩 、

捻

o

・

・

．

．

．

ロ

．

，

一

囗

．

．

．

ロ

…

ひ

．

凋］

…

ロ

”

．

0

．

・

一

．

ロ

・

　　．

旧

」

r．

口

r一

．

囗』 図

一

11 16 10　　 2a　 　

．

30　 　40　 　50　　 60　 　 TO8e90 　 　 　 Vo（mm ） フ

ー

チ ングの並 進 変位 量

一

相 対 水平変 位量 関 係 （R

＝

3D

，

　P 無） 匕 O 6

一

へ

” 巴 nbFx

）

礪 園 回 　 　 　

．

．

o 　 　 　 　

r・

O

・

．

・

．

O

．

・

．

一

囓

O

’

幽

’

o

−・

・

o

”

．

齟

o

’

r

巾

广

艸

1

− 9噸

卜

←

の鉛 直 面 内 ［trl転 景 ；FOv の水 平

．

面内 回 転 量 ；reH 鉛 直 面 内 団 転 llt　 ；0》 水 平：_{面 内 回 転 巌 　 ；}θH

．

　

1

　 　

1

　 　

1

一

15 　 0 　　　 　　　 　15　　　 　　　30 　　 　　　 　45 　　　 　　　 60 　　

．

　　 　 75 　　　 　　　90 　 　 　 yo （mm _） 図

一

12　フ

ー

チン グお よ び 土槽の回 転 量

〜

相 対 水 平 変 位量 関 係 　 　 　 （9本 杭

，

R＝30 ，　P無） 琶

警

辰言

ミ

E

§

’

4 寒

・

1 十　

gBl

卜

ー

4

一

12 　 0 1 啣 o 的コo

巳

惣

_罅

髄

、

驢

Or

國

可

_：

誤

．

L

＿

　　　「 、

一

．

o

・

−

1_{百　 杭}

一

・

ロ

・

−

4 本杭

『

−

△

’

閥

9_{本 杭}

『

°

寸 ・

_べ

旦

、

「込

　馳

馳

　 　0

L

口

r

　 　

曁

r

、

　　　1

、

　　　驢

₁₀

_−一

_一

_一

」

ニ

ロ

＿

11

「

_←

o 図

一

13 15　　　　　30　　　　

L

　45　　　　　60　　　　　75　

．

　　　　90 　 　 　 yo（mm _） フ

ー

チングの 降下 量

〜

相 対 水 平 変 位量関係 （R

＝

3D

，

　P _有） の測 定 結 果を示し た 図

一

13か ら， 相対水平変位が増 大 す るにつ れフ

ー

チングは滑ら か に降 下して お り

，

杭が水 平に_変位す るに従っ て フ

ー

チング が鉛 直に降 下する のを 拘 束する こ と な く実 験が行わ れ たもの と判 断 される

。

　3

．

2　杭 頭 水 平せ ん断力

〜

相 対 水 平 変 位 関 係 　ま ず 杭の中 心間隔

R

が変化し た場 合の影 響につ い て 検討する ため， 鉛直力無の 4 本群 杭と単 杭を比較 して図

一

_{14（a）に示し た}

_。

_{た だ し}

_，

杭 頭 水 平せ ん断 力H 。は

，

、

杭

一

本 当た りの_平均 値で表 示し てある。 この 図よ り

，

R

一

₁₃₅

一

o 153045 　 　 　 　60 yo 〔mm ⊃ 75go （a＞　P無

，

単 杭およ び4本群 杭 l 0 153045 　 　 　 60 yoくmm ） 7590 40 30 こ20291 工10 00 （

b

） P有 （単 杭， 群 杭 ：R

＝

3D） 図

一

14 15　 　 　 　30　 　 　 45　 　 　 　60 　 　 　 　75 　 　 　 90 　 　 　 yo｛mm ） （c ） P無 （単 杭

，

群 杭 ：R

＝

3P ） 杭 頭 平均 水 平せ ん断 力

〜

相 対 水 平 変 位量 関 係

；

_{2D （}

_D

：杭 径 ）の場 合 を除けば，　

R

が大き く な る に つれて次 第に単 杭の応 答 値に近づ き

，

群 杭に よ る影 響が 徐々 に薄れてい く様子が示さ れて い る。 また終 局 （

＝

極 限

〉

状態に達す る相 対 水 平 変 位

yu

は

，

全 体 的に R が増 大す るとか な り減少す る傾 向に あ ること

_，

そ してその時 の杭 頭せ ん 断 力

H

。は若 干 増 加す ること な ど が わ か る （た だ し， 極限 時は 図中に矢印で示してお り

，

以 下の図 に おい ても 同 様である）

。

な お，

R ＝2D

が上記の定性 的傾向か ら離れて い る

，

す な わ ち

R ＝

3D より_抵抗 剛 性 が_全般的に_高い結_果を示 して いるの は

，

相 対 水 平 変 位が

一 136一

増 加す るに従っ て地 盤 中に杭 体 を支 点と し た ア

ー

チ作用 が生じ てい る ためと考え ら れ る。 こ の現 象は

，

ほ かで実 施さ れ た砂 地 盤 中の群 杭 実 験に おい て も観察さ れ て お り （例え ば

，

文 献2）

・

13，_{な ど〉}

_，

_{砂地盤を対 象に し た群杭の} 水平載荷 実験を実 施した場 合には

，

特に 考 慮 すべ _{き要 因} にな る もの と思わ れる。

　

つ いで杭 本 数が_変化する場合につ い ては

，

図

一

一

14（

b

） お よび （c_）に示し た R

＝

3D にお け る鉛直力の_有

・

無 の例か ら

，

以 下の こと が 指 摘で きる。

　

杭 本 数 n が増す と同 じ相 対 水 平 変 位の下にお け る水 平 抵 抗 力は減 少し

，

群 杭の影 響が顕 著にな ること が わか る

。

な お終 局 時の _Yuは

，

鉛 直 力の有 無に関係な く， π の増 加に伴っ てその値は大き く な ること が判 明し た

。一

一

方， 鉛 直 力 有と無を 比較す れ ば

，

後 者に お ける終局時の 杭 頭 水 平せ ん断力

Hu

は

，

　n が増 加す る と若 干 小さくな る傾 向が み ら れ るが

，

ほ ぼ

一

定の値 を もつ の に対して

，

前 者で は か な り低下 する こ と が示さ れ て い る。 また

，

後 者で は終 局状態に至る ま で

H

。が漸 増するが

，

前 者では 相対水 平変位の増 大に伴った鉛 直 力による付 加曲げの影 響が次 第に大 き く な る た め， H 。は最 大 値 を示した後に 低 下 する現 象が生じ， ピ

ー

ク後の その低 下 量は杭 本 数の 多い もの ほど小さ く な ること等が 明らか となっ た

。

さ ら に

，

終 局 時の

Hu

お よ び Yu につ い て比 較すれ ば

，

両 者 とも鉛 直 力無の方が有よ り大き な値 を もつ ことが判 明し た

。

　 3

．

3 杭 頭分担せ ん断 力 　群 杭 中の各 杭が分 担 する杭 頭 分 担せ ん断力 〔例え ば_， s_杭で は Hs）につ い て

，

　

Hs

と杭

一

_本当た りの平 均せ ん 断 力 H。 との 関係を示し た 図

一

_{15 （a} ）

〜

（

d

）か ら以 下の こ と が わ か る。 な お

，

図の

Hs

は加 力 方 向に対し て左 右 対称の_位置に あ る杭は， そ れ らの杭の平均 値 を 用い て表 不 し て い る

。

　 ま ず4本 群 杭で は

，

加力方 向の_前方に_位置する杭が

，

後 方に位 置す る杭よ り大き な杭頭せ ん断力 を受 け持 ち

，

終 局 時で は鉛 直 力 有

・

無の _両方と も前者は後 者の 約 1

．

25

倍のせ ん断 力 を 分 担 すること が示さ れ た

。

また 9 本 群 杭の結 果につ い てみ る と

、

加力方向の_最前 列に位 置 する杭の分担す る せ ん断力が最 大と な り

，

後 方に位 置 す る に従っ て小 さな分 担せ ん断 力と な ることが わ か る

。一

方

，

加 力方 向に対して平行方 向の杭 列につ い て み れば

，

杭頭せ ん断 力の初 期 領 域におい て は

，

中 央 列に位置す る 杭が側 方列に_位置 する杭より若 干 低い せん断力 を分担 し， その後 逆 転す る性 状の あるこ と が わ かっ た

。

　

3．

4 群 杭 効 率

　

群 杭の 影 響 を より定 量 的に捕ら え る た め

，

群 杭 効 率

E

につ いて検 討 を 加え る。 た だ し群 杭効率

E

は

，

ある 基 準と な る水 平 変 位 （Y。

＝

ユ

，

O

，2．

0

，

お よ

U

“

　

3．

　

0

　cm _｝が 生じ た時

，

あるい は_極限時の群 杭の

一

本 当たり の H。を

岨 30 　

　

20 蜜 2

）

  ＝ 10 0 　 　0　 　 　　 　　 　 　10 　 20　　　　30　　　　40 　 　 　 　 　Ro （kgf） （a） 4本 群 杭 （R

＝

3D

_，

　P 有 ｝ 4e 30

言

、。 蕩 工 　 10

　

1

    　

1

：

　　　　r

▼i極_眼蒔

．

．

ゆ

「

    レ

’

／1

’

i

’

…

「

厂

r

尸

一 L3 _杭の平 均 「 2

，

4 杭の_F 平 均 　 　 　 30　 　 　 　4e 　O 　 　　　 　　 　 　10　 　 2o 　 　 　 　 　Ro（kgf） （b｝4本群 杭 （R

＝

3D

，

　P 無_｝ 40 30 20 　 　 10

2

）

ω

＝ 　 0 　 　　 　 　10 　　 　 　 20 　　 　 　 30 　　 　 　 40 　 　 　 Ho 〔kgt） （c _）4本 群 杭 （R

＝

3D

，

　P _{有 ）} 40 30

　　　　羣

・・

　

　

　

　

望，。 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 0 　 　 　 　 10 　

＿

　 　20 　 　 　 　30　 　 　 　40 　 　 　 Ho （kg り 　 　 　 　 （d） 9本 群 杭 （R

＝

3D _，　P 無） 図

一

15　杭 頭分担せ ん断 カ

ー

杭 頭 平 均 水 平せ ん 断 力関 係 単 杭の そ れ で除し た値と し た。 図

一

16 （a）

，

（

b

）に

，

群 杭 効 率 E と杭 間 隔

R ，

お よ び杭 本 数 n との_{関 係}を示し た。 この図よ り

，

以 下のこと が指摘で き る。 　まず

，

杭間 隔

R

が変化す る 場合

，

基 準 変 位に よ る も の の うち

R

＝

2D

_{を除く と}

，

　

R

が増 加す れば

E

の_値が 上昇して群杭の影 響が次第に低下するこ と が わ か る

。

こ 0

凵

籥 電 ≦ 鑓 　 Q5 　 　 0 　 　　 　 2 　 　 3 　　 　 　　 　 　 6 　 　　 　 　　 　 　　 　10 　 　 　 b

°

こ間隔 　R 　‘xD 〕 （a _{） 群杭 効 率}

一

_{杭 間 隔 関 係 （}4本 群 杭

，

P無 〉 0 巴 0

．

5 　 o　 　1　 　 　　 　 　　 　 4　 　 　　 　 　　 　 　 　　 　 　　 9 　 　 　 杭 夲数 n （本） （b） 群杭 効 率

〜

杭 本 数 関 係 （R

＝

3D ） 　 　 　 　 図

一

16　 群 杭 効 率 れ に対 して極 限 時に は

，E

の値は ほ ぼLO とな り， 極 限水 平 支 持 力に関 して は群 杭の影 響が あ ま り ない結果 が 示さ れ た

。

な お

R ＝

’

2D の場 合は，　

E

の値 が

R ＝3D

の 時よ り高い値とな っ てい るが

，

前 述し た ア

ー

チ作 用が影 響し た た めと判 断さ れ る

。

　つ _ぎに杭 本 数 n を変 化 させ た場 合で は

，

基 準 変 位に よ る

E

値は鉛 直 力の 有 無に 関 係な く杭 本 数の 増 加に 従っ て低下 す る

。

また

，

鉛 直 力有で は n の 変化に対 し て

E

値は直 線 的に低下 してい る が_， 鉛 直 力 無で は 4 本 か ら

9

本へ 至_る

E

値の低 下 率 が 小さ く なっ てい る

。

す な わち， 前 者が後 者に較べ て杭 本 数 n に よる影 響 を大 き く受けているこ と が読み取れ る

。

　さ ら に， いずれの試 験に おいて も， 基 準 変 位 量の増 大 （言いか え れば

，

杭

一

地 盤系全体にお け る塑性化の進行 ） に_伴っ て

E

値は増 大す る傾向に あ ること が判 明し た。 　

3．5

曲げモ

ー

メン トの特 性 値 　 図

一

17（a）

〜

（c）に示 し た杭 頭の 曲 げモ

ー

メ ン ト

M

。 と地 中 部 最 大 曲 げモ

ー

メ ン トMmax の推 移 状 況か ら_， 以 下の定性 的 傾 向が読み取れ る

。

ただし

，

同 図は単 杭の鉛 直 力 有無 の例

，

お よ び 鉛直力有で

R ＝31

） の4本と

9

本 群杭の_例を 代 表 と して示 し た

。

ま た

，

群 杭では 測定 断 面 を多く配 置 し た前 出の_図

一

5に_示す

1

杭お よ び

IU

杭のみ （実 測 値か ら推 定さ れ る精 度 を考 慮）を示し た

。

な お

，

図中の杭 頭 曲げモ

ー

メ ン ト

M

。が杭 体の全 塑性モ

ー

メ ン ト

M

。 と

一

致してい ない の は， 実験で

M

。を直接測定す

一

₁₃₇

一

500 400 　 300E ε2。。

8

Σ100 Mo

1

　．

「・

’

”

⊥

_o

_．

_96Mo 巴

’

「

　

1

．

．

r●

閘 Y

　

’

　

　

　

尸

r

，

・

一

一

臣

・

−

P_有，M_。

…

・

…

P_有，Mmax

＿

‡

β

黜

品

麒 F　 　 　 　 」　 　 　 　 「 oo 　 　 　 　5　 　 　 1o　 　 　15　 　 　2o　 　 　25　 　 　3o　 　 　35　 　 　4o 　 　　 　 　 　　 　 肩o _（kgo 　 　 　 （a _{｝ 単 杭} 500 400 　 30e

言

ε

2。。

8E100

一

⊥

。

1

臨

＿

　　　

  ・

1

’

1

’

₁

⊥

．

L

　

”−90．

96Mu

一

拶

’

督 げ暫 MY

イ

7

_珂

烹

驢

＿

…。

・

一

一

_2坑

_，

_Mmax

　　

l

　

i

oO 　 　　 5　　　10　　　15　　　20　　 　2S　　 　30　　　S5　　 　40 　 　 　　 　 　 　　 百o_（kgf_） 500 400 　 300

言

22

。 。

9iloe

（b）　4本 群 杭 （R

＝

3D

，

　P 有 ）

1

　　」

　

1

　       ；       M凵 　      

冒

胃一一

〇

．

96Mu 鍵

，

一

レ

ー

1_げ匸

，

M_〔1

＝

_瀬

_：

_蠍

．

一

一

仆

一

一

6_航 ，Mo b

，

野

’

雪

「

「

り

’

一

_M7

血

　

．

‘

’

_・

1

三

ヨ

篌

i

髏

一

厂

一

『

トー

砿

，

Mmax 　 　 o 　 　 　 o　　　　　5　　　　　1o　　　　15　　　　2o　　　　25　　　　3o　　　　35　　　　4o 　 　　 　 　　 　 　 　　 　幵o_（kgt_） 　 　 　 　（c_） 9本群 杭 （R

＝

3D

_，

　P _{有 ｝} 図

一

17 杭頭 曲げモ

ー

メ ン トな らびに_{地中部最 大 曲 げ}モ

ー

メン 　 　 　 ト

〜

杭頭平 均 水 平せ ん断 力 関 係 るこ とは不 可 能で ある た め

，

地 上部の 曲げモ

ー

メ ン ト

M

が直線 的に_変化す る もの と仮定し

，

前 述の杭 頭せ ん 断 力を算定し た 二断面間の

M

値か らフ

ー

チ ン_グ下端面 位 置の曲 げモ

ー

メン トを 外 挿して求め たことによ る誤 差 と判 断され る

。

　こ の図か ら

，

まず 杭 頭の 曲 げモ

ー

メ ン ト

M

。が， そ し て地 中部 最 大曲げモ

ー

メ ン トMm。x が降 伏 曲 げモ

ー

メ ン ト

My

（≒ 189　

kgf・

cm _＞に達 し

_，

つ い ですべ て の杭の M。 が全 塑 性 曲げモ

ー

メ ン ト

Mu

（≒395　

kgf・

cm _）値を示 し た後に

，

各 杭の

Mmax

が 順 次

Mu

に漸近 し てい き

，

極 限 状 態に至るとい っ た性 状を示すこ と が わ か る_。 ま た

H

_。 の増 加に対 して_，

Mo

の た ど る軌跡は

，

ほ ぼ 脇 に至る まで は多 少 下に凸である が

，

そ れ を超え る と 上 に凸に変

一

₁₃₈

一

　 　 OG

．

L

．

　o 1 2 ye3　 　 　 　（cm ）4 5 O 　 O 　 　 　

へ

∈ 。

）

N 怜

1

1

・_極

麟

ゴ

譲

　 　 6 一

↓

_：

_：

坩

翌

一

 

1

砕

冒

蒔

惘

；

e

．

L

．

o （a _{）単 杭} 一 ？ otO 訂 切_2e 30 　 　 　 yo（cm ）　 　

一

一

一

一

■

r

O1　　　　2　　　　3　　　　4　　　　5　　　　6　　　　7　　　　8 　 　 　 一 　 F ▼ ；極 限 時        

「

ゆ

一

寸

一

一

f

_杭

，

P_有1

−−

e

−・

2 杭

，

P 有

一←一

亅統

，

驚無

一

　　　　

1

一

卜 蹴 嘸 ゲ

ー

ジ破断

む

か

び

「

．

．

。

一

，

。

・

一

。

r

・

。

・

一

一

… 。あ

・

・

i

・

・．．

．

　 　 　

．

．

．

囗

一

！v

．

・

  　 関 係 　 　 　

　

．

s

，

1

．

．

1

−一

。ユ

ー

D

−−

4 　 　 　

．

ロ

『

．

．

ロ

ー

ロ

・

一

匪

．

ロ

匿

．一

一

一

一宀 　 　　 　 　 　　（bl　 4本群 杭 （R

＝

3D _） 図

一18

地 中 部 最 大 曲 げモ

ー

メ ン ト発 生深 さ

〜

相対 水平 変 位 量 わる

。

こ れ に対 して

Mma，

、

は

Ho

の_小さ な領 域で は 直線 ある い は下に凸の 曲 線を描 く が，

M

。が Mu に近い値に 至る と

，

その軌 跡は上 方へ _{折れ曲がり}

，

_{急に上昇し始め} ること が示さ れて い る

。

さ らに同 じ

H

。の下におい て

，

4_本群杭で は M。お よ び Mmax の 両 方と も， 前方に位置 する杭が後 方の杭よ り大き な値を示 すこと， な らびに 9 本 群 杭で は_最前 列の杭の_方が最 後 列の杭よ り大き な値を もっ こ と な どが読み_取れ る。

一

方

，

単 杭の鉛 直 力有と無 を比 較すれ ば， 全 体的に

M

。が後者が

，

そ して

Mmax

は 前 者が若 干 大き な値 を 示し

，

M。 とMmAx の差は後 者の 方が大きくなっ てい ること が わ か る_。 　っ ぎに_，

Mmax

が生 じ る深さ

Lm

の たどる軌 跡 を検 討 する た めに

，

鉛直力有と無の_単杭と

，

同じ く

R

； 3D の 4 本群杭の_例を図

一

18（a_）および （

b

）に示し た

。

こ の 図よ り，

・Lm

は相対 水平変位 Y。の初 期の小さ な変化に対 し て急 激に_変化 し

，

深い位置へ と_{進 行す}る

。

ま た

，

その 後は変位の_増大に_伴っ て徐々 に深い位 置へ _と進み ， そ

』

_し て ある変 位 量で最 大 値を示し た後は浅い方に向か う性 状 の あ ること が判 明し た

。

ま た

，

鉛 直 力 有と 無 を 比較すれ ば

，Lm

は 無の 方が有よ り大き な値を示すこ と

．

，

さ らに 4_{本 群 杭}で は後 方 列の杭の方が， 前 方列の杭よ り

L

． は 深い_位置に発 生す る こ と な ど が わ かっ た

。

　

4．

結 　語

　

本研究は

_，

_{群杭基 礎}が極 限 状 態に至るま での水平挙 動 性 状や極 限時の水 平抵抗 力に鉛 直力や群 杭の構 成 要 因 が

与える影 響につ い て実 験 を通 して検 討 を 加え たものであ る

。

本 研 究で得ら れ た結 果を要 約す れば， 以 下のと お り である

。

　1）　よ り現 実に則 し た条 件 として群 杭 基 礎の頭 部フ

ー

チングは_， その回転が拘 束され ると共に_， 鉛 直

・

水 平の 複合力 を 与え るこ と が で き る地 盤 移 動 型実験 装 置 を 開 発

・

製 作し た

、．

また， 実 験 時に おける フ

ー

_{チングや実 験} 土槽の回転量 あるい は移 動量な どを測 定し， 目的と する 条件の下で実 験 が行え たこと を確 認し た

。

　2） 群 杭の水 平 挙 動に与える杭 間 隔 R の影 響につ い て明ら か に し_， 特に杭の設 置 間 隔が狭い場 合で は地 盤中 のア

ー

チ 効 果 を考 慮 すべ きことを指 摘し た。 　

3

｝ 杭 本 数 n が変 化す る場 合は

，

n の増 加で群杭の 影 響が顕 著と なり

，

抵 抗 剛性が低 下す る が

，

終局 に至 る 変 形 性 能は増 大す ること を明らかに し た。 　4 ） 鉛直力 無で は極限に至る まで_水平抵抗 力は漸増す ること

，

ま た群 杭 効 率

E

は評 価す る 基準変 位が小さい 場 合に は群 杭の構 成 要 因に大き く影 響を受け る が

，

基 準 変 位 を大き

_く

取る に従っ て構 成 要 因によ る差が減 少し

，

極限時に はいずれ の実 験 もE ≒1

．

0の値を示す こと な ど が 判 明し た。 　 5） 鉛 直 力 有では付 加 曲げの影 響に よ り

，

水平 抵 抗 力 H は最 大 値 （ピ

ー

ク値 ）を も ち終 局 時には

H

が 低 下 す る現 象の あること

，

そ して ピ

ー

ク後の_低下量は_{杭 本数}の 多いもの ほ ど小さ く な るこ と などを 明 ら かに し た。 　 6） 地中部最大 曲 げモ

ー

メ ン トが生 じる位置の深さ は

，

初期の小さ な水平変位で は急 激に深く進 行し

，

変 形 が進む と最大値を迎え た後

，

浅い方に向か うこと

，

そ し て鉛 直 力の無 が有の場合よ り全 体 的に深い位 置に発 生す ること， な らびに群杭の場 合は加 力 方 向に対し て後 方に 位置す る杭の方が前 方に位 置す る杭 より発 生 位 置が深 く なっ てい るこ と な ど を指 摘 し た

。

　本 論 文は あ く まで も実 験で得られ た_結果を紹介する こ とに主体を おい た が

，

今 後は こ れ らの結 果につ い て理 論 的な面か ら も検 討を加え てい く 予定で ある

。

　 謝 　辞 　本 実 験 を実 施 する に当た り広島 大 学工学 部 文 部技官

・

原 田誠

一

氏

，

ならびに昭和 62 年度 卒 業 生

・

井 上 猛 則 氏

，

森 元 延至氏に多大 な ご協力 を 頂い たこと を記 し

，

こ こ に 感 謝 申し上 げ ま す。 ま た本研究は， 昭和

61 ・

62年 度 文 部 省科 学研究費 （

一

般 研 究 （

C

）：代 表

・

冨 永 晃 司 ） を 用いたこ と を お 断 り し て お く

。

参 考 文 献 1）　日本 建築学会地震時杭委 員会；_{杭基 礎}の水平抵 抗および 　 　振 動 挙 動に_関す る研 究

，

pp

．

84

−

131_， 1965 2）　 山肩 邦 男ほ か ：群ぐい の 水 平 加 力 試 験に関 する

一

考 察

，

　 　 日本 建 築 学 会 大 会 学 術 講 演 梗 概 集

，

pp

．

1169　

一

一

・1170

，

　 　 19713 ） 古藤田喜久雄ほ か ：群 杭の水 平 載 荷 試 験 結 果 よ りそ の挙 　　動に つ い て， 第7 回 土 質工学 会 研究発表 会 講 演 集

，

　 　 pp

．

467

−

470

_，

　1972

4） M

．

T

，

　 Davisson　et　 al

．

：Model　 Study　of　Latera且ly

　 　Loaded　Piles

，

　A

．

S．

　

C．

E．

，

Vo1

，

96

，

　No

．

SM5

，

　pp

、

1605

　 　

−

1627

_，

　1971 5） 樋口靖 明ほ か ：連 続 ぐい の地 盤 反 力に お よ ぼ す影 響につ 　 　い て実 験 的 考 察

，

第6回土 質工学 会研究 発 表 会 講 演 集

，

　 　 pp

．

431

〜

434

，

　1971 6） 玉 置　修ほ か ；水 平 抵 抗にお け る群杭効 果の研 究

，

土木 　 　学会論文報告集

，

第192号

，

pp

．

79

−

89

，

1972 7）冨永晃司 ほ か ：_砂地 盤 中の模 型 群 ぐい に関 する水 平 載 荷 　 　試 験と理 論 的 考 察， 日本建築 学 会 論 文 報告集

，

第 326号

，

　 　pp

．

68

−

77

，

　1983 8） 石 井 康 充ほ か ：_{水 平 力}を受ける鋼 管ぐい の挙 動と解析

，

　 　 ク ボ タ技 報

，

第 2巻

，

第2号

，

pp

．

101

−

120

_，

1977 9） 木 村　亮ほ か ：群 杭の水 平抵抗に関す る実験 的 研 究

，

第 　 　22回土質工学会研究発表 会 講 演 集， pp

、

1211

−

1218

，

　 　 1987

10）P

．

Walker　et 　al

．

：An　Apparatus　fol　Ferming　Unlforrn

　 　 Beds　of　Sand　fer　Model　Foundation　Tests

，

　

Geot．

，

　 　 Vol

．

17

_，

　pp

．

161

−

167

，

　1967 ユ1）岸田英明ほ か ：地 盤 反 カ

ー

変位 関 係の非 線 形 性

，

土と基 礎

，

　 　Vol

．

25_，　No

．

8 ，　pp

．

21

−

28

，

1977 12） 冨永 晃 司 ：鉛直力 を受け る 鋼 管 杭の水 平 抵 抗 挙 動に関 す 　 　 る非 線形解 析 法

一

その 1：単 杭につ い て

一，

日本 建 築 学 　 　 会 構 造 系 論 文 報 告 集

，

第390号

，

pp

．

125

−

133

．

1988 13） 山 肩 邦 男ほ か ：_{砂地盤 中}の_{模 型群}グイの_{水 平}加 力 試 験 結 　 　 果 （クイ間隔との関 係）

，

第11 回土 質工学 会 研 究 発 表 会 　 　 講 演 集

，

pp

．

621

−

624

，

1976 14） 染 川 常二 ほ か ：地 盤移 動型実 験 装 置に よ る 模 型 杭の水 平 　 　 加力試験

，

日本建築学会研究 報告 中 国

・

九 州 支部

，

第7 　 　 号

・

1

，

構 造 系， pp

．

413

−

416，　 1987 15） 染 川 常二 ほ か ；地 盤 移 動 型 実 験装置に よ る模型4本群杭 　 　 の 水平加力 試 験 結果

，

日本 建 築 学 会 大会 学 術 講 演 梗 概 集

，

　 　 pp

．

1089

−

1090

，

　1987 16） 森元延 至ほ か ：地 盤移 動 型 実 験 装 置に よ る模 型 群 杭の水 　 　 平 加 力 試 験

一

そ の 1；実 験の概 要と そ の結 果

一，

日本建 　 　 築 学会 中国支 部研究 報 告 集

，

第14巻

，

pp

．

149

〜

152

_，

　 　 1988 17｝ 染 川 常二 ほか ：地 盤移動 型実験装 置に よ る 模 型群 杭の水 　　平加 力 試 験

一

その 2：実 験 結 果の考 察

一，

日本 建 築 学会 　 　 中 国 支部 研 究 報 告 集

，

第14巻

，

pp

．

153

〜

156

，

1988

一

　

139

一

SYNOPSES

UDC:624.154:624.131.524.4

EXPERIMENTAL

STUDIES

ON

LATERAL

BEHAVIOR

OF

PII.E

GROUPS

UNDER

COMBINED

LOAD

byDr.KOJI TOMllNAGA, Associate Prof. of Hiroshima

Univ.,Dr.HARUYUICI YAMAMOTO, ResearchAssociate of Hiroshima Unlv.and JOJI SOMEKAWA, Takechi

gineering Co.

,

Ltd.

,

Members of A.I.

J.

This

paper

presents

the experimental studies on the lateral

behavior

of

pile

group

foundations

up to

failure

under combined iead.The results obtained

from

the studies can besummarized as follows.

1.

2,

3.

4.

In

order to apply simultaneously

both

axial and

lateral

forces

at the cap of _pilegroup

foundation,

the

apparatus having thelateralmoving container on two rails was developed. The accuracies of conditions

dur-ingall testscarried out were examined,

Group

effect

due

to the

interaction

of pilesgradually

decreases

as thepilespacing, R,

increases.

For

R== 2D

(D

:

_pile

diameter),

however,

itisobserved thatthe

behavior

deffers

from

others

because

of arclh-action

insand. Fvrthermore,

it

is

indicated

thatat theultimate state of _pilegroup foundations the deflection

de-creases and the

latelal

resistance

increases

as

R

increa$es.

In general, itisfound that the _group reductien factordecreases with increasingnumber of

_pil!es

in a

group, and increaseinnumber

leads

to increasein

ductility

of _pilegroup

foundations.

For

thepilegroups subjected tovertical

loacl,

the

lateral

load-deflection

curyes

have

a _peak, and the ulti-mate

lateral

resistance

is

recluced

because

of the additional moment caused

by

deflection,

as compared the results without veTtical

force.